DE3122552A1

DE3122552A1 - Steuerwerkzeug fuer drehbohrstraenge

Info

Publication number: DE3122552A1
Application number: DE19813122552
Authority: DE
Inventors: Kirk R. 77084 Houston Tex. Shirley
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-06-12
Filing date: 1981-06-06
Publication date: 1982-06-16
Also published as: GB2077811B; FR2484521B1; JPS5721695A; NO811969L; NL8101257A; DE3122552C2; GB2077811A; US4394881A; CA1144916A; FR2484521A1

Description

3.U2552

Die Erfindung betrifft ein Steuerwerkzeug zum Steuern des Winkels und der Richtung eines Drehbohrstrangs beim Bohren eines Bohrloches durch eine Bodenformation.

Beim Bohren von Bohrlöchern, z.B. Öl- oder Gasbohrlöchern; in oder durch Bpdenformationen unter Anwendung der übliche η Drehbohrmethoden ist es zuweilen erwünscht oder erforderlich, die Richtung, in der das Bohrloch fortschreitet," zu regulieren oder zu verändern. Dabei sind Winkelveränderungen aus der Vertikalen oder Azimutveränderungen häufig erforderlich. Es sind aus diesen Gründen verschiedene Richtungsbohrwerkzeuge und Verfahrenstechniken entwickelt worden. Bei einer gegebenen Bodentiefe ist es häufig erwünscht, dem Bohrstrang einen Richtungsausschlag zu erteilen, um dem Bohrloch bei seinem. Bohren eine gewünschte Richtung zu geben. Bei anderen Gelegenheiten kam das Bohrloch einen unerwünschten Richtungsverlauf, z.B. von der Vertikalen abweichend, nehmen, wobei alsdann der Wunsch besteht, den Bohrstrang in die gewünschte Richtung zurückzubringen.

Das Richtungsbohren hat die Verwendung der verschiedenster Ablenkungs- oder Winkelveränderungswerkzeuge, die das Ausüben von seitlichem Druck auf den*Bohrstrang dicht am Bohrmeißel ermöglichen, mit sich gebracht. Tiefbohrstrang* sind'üblicherweise aus einem oberhalb des Bohrmeißels befindlichen SnhWsrstanapnRhrana σρ>Ήΐ "Irl^t- . an dpti ττπ -K

.. .. 3.U2552

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schreitendem Bohren Bohrstangenlängen angesetzt werden , durch die Spülmedium \on dem Bohrturm zum Bohrmeißel geführt wird, um Bohrklein aus dem Bohrloch nach oben durc den außerhalb des Bohrstrangs befindlichen Ringraum hera zuspülen. Die Schwerstangen neigen dazu, beim Rotieren an der unteren Seite des Bohrlochs auf- bzw. anzuliegen, und da sie ein hohes Gewicht besitzen, wird seitlich ein beträchtliche Kraft ausgeübt, die zum Bilden einer Gegen kraft nutzbar ist, die für das Verändern der Richtung, ir der das Bohren verläuft, eingesetzt werden kann. Ein die seitliche' Druckkraft der Schwerstangen zur Richtungsveränderung ausnutzendes Richtungswerkzeug ist in den U.S.-PS'en »r. 3 424 256 und 3 092 188 dargestellt und beschrieben.

Ein wichtiger Faktor bei der Wirtschaftlichkeit im Tiefbohren ist die Möglichkeit, Korrekturmaßnahmen zu treffen wie z.B. Richtungsänderungen vorzunehmen, ohne den Bohrstrang einen Umlauf durchführen zu lassen, d.h. das gesamte Bohrgestänge und den Schwerstangenstrang aus dem Bohrloch hochzuziehen, um ein Richtungs- oder Ausschlagwerkzeug entweder zu installieren oder nachzustellen. Andererseits ist das Hochholen des üblichen Drehbohrstran um einen oberhalb des Meißels installierten Innenloch-Richtungsmotor mit einem gekrümmten Strangteil laufenzulassen,· ebenfalls ein kostenaufwendiges, jedoch vielfach

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benutztes und wirksames Verfahren·. Ebenso ist das Laufenlassen eines Spezialdüsenbohrers zum Ausspülen · eines Loches in der Erde, in das· sich der Bohrmeißel hineinbewegt, ein kostenaufwendiger, zeitraubender Vorgang.

Bei auf Richtung gebohrten Tiefbohrlöchern kann ein Ziel mit einer Tiefe von viäen Tausend Fuß eingestellt werden bei dem der Bohrmeißel innerhalb des Zielbereichs gehalten werden muß, der einen kleinen Radius, von z.B. 20 bis 250 Fuß haben kann. Der Bohrmeißel hat jedoch die Tendenz, durch Veränderungen des Formationswinkels oder der Härte und durch das Aufbringen von übermäßigem Bohrgewicht aus der vorgeplanten Richtung bzw. dem vorge ρIahten Winkel herausgedrückt zu werden. Somit werden Richtungswechsel allgemein erforderlich.

Die obenerwähnten und allgemein gebräuchlichen bekannten Vorrichtungen sind sämtlich kostspielig, da das Hochziehen des Bohrstrangs zum Zwecke des Auswechselns oder Einstellens von Geräten sowohl beträchtliche Zeit als auch eine aufwendige Ausrüstung erfordert.

Der Erfindung liegt in erster Linie die Aufgabe zugrunde ein Werkzeug zum Richtungsbohren zu schaffen, das oberhalb eines Drehbohrmeißels in einem Schwerstangenstrang

•· ·

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installiert werden kann, um die Bohrrichtung in Abhängi keit von dem seitlichen Druck an der unteren Seite der
Schwerstangen in einer verbesserten und wirtschaftlicher Weise zu steuern.

Die Erfindung bezweckt dabei die Schaffung eher Bohrmeißelsteuerungs- oder Richtungsbohrvorrichtung, durch d die Bohrmeißelabweichung von einer vorbestimmten Bahn
verhindert wird und die auch dazu benutzt werden kann,
den Bohrmeißel in eine andere, geplante Bohrbahn zu
drücken. Außer in der Benutzung zur Aufrechterhaltung ei: Winkelstellung zur Vertikalen oder zur Einstellung eines neuen Winkels ist die Steuervorrichtung auch beim Gerade ausbohren zum Stabilisieren der Schwerstangen von Nutzen

Im einzelnen sieht die Erfindung zur Lösung der gestellten Aufgabe ein Steuerwerkzeug vor, wie es im

Patentanspruch 1 gekennzeichnet ist..Dabei können obere

in

und uritere/Umfangsrichtung im Abstand zueinander angeordnete Kolben innerhalb von Stabilisatoren an dem Werkzeuggehäuse vorgesehen sein. Die oberen Kolben bewirken eine hydrauliche Druckbeaufschlagung der unteren Kolben, deren Art und Weise von auswählbaren Ventilen in dem
inneren Flüssigkeitssystem bestimmt wird. Die Ventile
können wahlweise geöffnet und. geschlossen werden, und
zwar entweder von Hand, wenn das Steuerwerkzeug im Bohr-

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Strang installiert wird, oder durch Fernbedienung mittel einer vom Bohrturm aus betätigbaren geeigneten Einrichtung, um das hydraulische Druckverhältnis zwischen den oberen, nämlich den Steuerkolben, und den unteren, nämlich den Servokolben, und dadurch die Richtung des seitlichen Drucks auf den Bohrmeißel zu verändern.

Wie im einzelnen aus der vorliegenden Erfindung hervorgeht, können die auswählbaren Ventile durch ein Stellwerkzeug in die gewünschte offene oder geschlossene Stellung gebracht werden, wobei das Stellwerkzeug oben am Bohrturm eingerichtet und an einem Drahtseil abgesenkt und zurückgeholt werden kann, um mit ausgewählten Ventilen in Eingriff zu gelangen und sie in eine offene oder geschlossene Stellung zu bringen, um in Abhängig-

von
keit /Öem beim Rotieren des Steuerwerkzeugs in Anlage mit der unteren Seite des Bohrlochs auf die oberen, nämlich die Steuerkolben, aufgebrachten seitlichen Druck verschiedene Schubrichtungen der unteren Servokolben zu bestimmen.

Aufgrund der Tatsache, daß das Steuerwerkzeug durch Fern bedienung von der Bohrturmplattform aus gesteuert oder in seiner Wirkung verändert werden kann, wird das Ausfahren des Bohrstrangs bei Richtungsbohrungen auf ein Mindestmaß herabgesetzt, und nachdem ein gewünschter

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Winkel und eine gewünschte Richtung festgesetzt worden sind, kann das Steuerwerkzeug zum fortgesetzten Bohren in geraderRichtung neutralisiert werden, ohne daß das Hochziehen des Werkzeugs aus dem. Bohrloch notwendig wird

Bei der bevorzugten, dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist eine Mehrzahl von in radialer Richtung ausfahr- und einziehbaren Schub- oder Servokolben innerhalb eines am Bohrloch anliegenden Stabilisiorringes vorgesehe wobei die Kolben in Umfangsrichtung im Abstand zueinander angeordnet sind. Bei der dargestellten Ausführungsform sind vier Kolben in einem gegenseitigen Winkelabstand von 90° angeordnet und die Schubkolben werden unter dem Einfluß einer Anzähl von nahe denioberen Ende des Werkzeug vorgesehenen Steuer- bzw. Druckerzeugerkolben wahlweise nach außen gedrückt, um eine Aisschlagkraft auf den Sta-. bilisator und die Wandung des Bohrloches auszuüben, wodur eine Rückstoßkraft erzeugt wird, die den Bohrmeißel gegen die andere Seite des Bohrloches drückt. Das Wählventilsystem, durch das bestimmt wird, welcher bzw. welche Schubkolben in Tätigkeit treten, ermöglicht das vorherige Einstellen des Werkzeugs an der Erdoberfläche oder dessen Einstellen in dem Bohrloch auf neun Bohrstellungen.

Ein neutraler Zustand, bei dem sämtliche Kolben in Ruhe befindlich sind, ergibt die Einstellung für eine Geradeausbohrung, wobei mit fortschreitendem Bohren der Bohr-

^ö * ί> O β

A * ο

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meißel durch den unteren Stabilisator und das obere Ende des Werkzeugs durch den oberen Stabilisator stabilisiert werden. Mit den vier Schub- bzw. Servokolben können acht verschiedene Steuerrichtungen festgesetzt werden, indem
entsprechend der Betätigung der Wählventile wahlweise
das Ausfahren eines gewählten Kolbens oder eines gewählt Kolbenpaares verursacht wird. Der Bezugspunkt wird von
der unteren Seite des Bohrloches gebildet, so daß das.
Werkzeug am Anfang des Bohrvorgangs nicht von Richtungsüberwachungsinstrumenten oder gebogenen Bohrstrangtexlen abhängig ist.

-	- 14 -	mit der Zeichnung, in der ein Ausführungs	ist. Es zeigen:
Zahlreiche	weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung	beispiel des Gegenstands der Erfindung näher veran	eine schematische Darstellung eines er
ergeben sich aus den Ansprüchen und der Beschreibung in	schaulicht	findungsgemäßen Steuerwerkzeugs bei schräg«
Verbindung	Fig. 1	Bohrstellung in einem Bohrloch,
	einen Querschnitt nach der Linie 2-2 der
	Fig. 1 durch den oberen Stabilisator,
Fig. 2	einen Querschnitt nach der Linie 3-3 der
	Fig. 1 durch den unteren Stabilisator,
Fig. 3	gemeinsam einen Längsschnitt des Steuerwerl zeugs in vergrößertem Maßstab unter Dar
	stellung bestimmter Teile in Ansicht und
Fig. 4a bis 4f .	teilweise weggebrochen un.d mit in dem
	Steuerwerkzeug abgesetztem Stellwerkzeug,
	einen Querschnitt nach der Linie 5-5 der
	Fig. 4a in vergrößertem Maßstab,
Fig. 5	einen Querschnitt nach der Linie 6-6 der
	Fig. 4b in vergrößertem Maßstab,
Fig. 6	einen Querschnitt nach der Linie 7-7 der
	Fig. 4c in vergrößertem Maßstab,
Fig. 7	einen Querschnitt nach der Linie 8-8- der
	Fig. 4c in vergrößertem Maßstab,
Fig. 8	einen Querschnitt nach der Linie 9-9 der
	Fig. 4cin vergrößertem Maßstab,
Fig. 9

	10	ο ei.» e , „ _r„ ,.«'■;
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	11	- 15 -
Fig.		einen Querschnitt nach der Linie 10-10
	12	der Fig. 4b in vergrößertem Maßstab,
Fig.		einen Querschnitt nach der Linie 11-11
	13	der Fig. 4b in vergrößertem Maßstab,
Fig.		einen Querschnitt nach der Linie 12-12
	14	der Fig. 4e in vergrößertem Maßstab,
Fig.		einen Querschnitt nach der Linie 13-13
	15	der Fig. 4e in vergrößertem Maßstab,
Fig.		einen Querschnitt nach der Linie 14-14
	ί6	der Fig. 4f in vergrößertem Maßstab,
Fig.		einen Querschnitt nach der Linie 15-15
		der Fig. 4f in vergrößertem Maßstab,
Fig.	17	einen repräsentativen Längsschnitt durch
		ein Ventil nach der Linie 16-16 der
		Fig. 8,
Fig.	18a 18d	einen repräsentativen Längsschnitt durch
		ein Ventil und ein Ventilbetätigungsorgai
		nach der. Linie 17-17 der Fig« 9,
Fig. bis		gemeinsam einen Längsschnitt nach der Linie 18-18 der Fig. 9 in vergrößertem
		Maßstab unter Darstellung bestimmter
	19	Teile in Ansicht und weggebrochen und
		unter Darstellung von Einzelheiten des
		Stellwerkzeugs,
Fig.	einen Querschnitt nach der Linie 19-19
	der Fig. 18a unter Darstellung eines
	repräsentativen Ventilstellritzels,

Fig. 20 einen Querschnitt· nach der Linie 20-20

der Fig. 4e in vergrößertem Maßstab und

Fig. 21 ein schematisches Schaltbild der wahlweisen Arbeitsweisen des Steuerwerkzeügs

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist ein Steuerwerkzeuc T in einem Drehbohrstrang P für Tiefbohrungen installiert Der Drehbohrmeißel B ist mit rollen- bzw.walzenartigen Schneidgliedern 10 versehen, um durch Rotieren des Bohrstrangs ein Bohrloch H zu bohren, während Bohrflüssigkeit durch den Bohrstrang und das Steuerwerkzeug nach unten zirkuliert wird, aus dem Bohrmeißel austritt und durch den Ringraum zwischen der Wandung des Bohrloches und dem Bohrstrang zum Eingang des Bohrloches zurückfließt..

Wie allgemein bekannt und in dem obenerwähnten vorbekannt Stand der Technik offenbart, kann das Abweichen von Bohrungen von der Vertikalen durch seitliche Kraftanwendu auf den Bohrmeißel während des Bohrens verursacht werden. Ebenso kann ein schiefes oder abweichendes Bohrloch durch das Aufbringen von Seitenkraft auf den Bohrmeißel währen des Bohrens gerade gerichtet werden. Ein Bohrloch kann auch eine im wesentlichen gerade Bohrrichtung bekommen, wenn der Bohrstrang oder die Schwerstangen in der Nähe des Bohrmeißels stabilisiert werden, so daß das auf dem Bohrmeißel ruhende·Gewicht kein Krümmen der Schwerstangen oder des Bohrstrangs in dem dicht am Bohrmeißel liegenden Bereich verursacht. Um den Bohrstrang und die Schwerstange

im Bohrloch zu stabilisieren, kann nach üblicher Praxis eine Anzahl von Stabilisatoren in dem Bohrstrang angebracfcjt werden, und zwar ein Stabilisator dicht am Bohrmeißel und ein oder mehrere weitere Stabilisatoren in Richtung nach oben in derartigen Abständen zueinander, daß ein unerwünschter Winkel beim Vorantreiben des Bohrloches unterbunden wird.

Bei der'vorliegenden Erfindung sind zwei Stabilisatoren S1 und S2 in Längsrichtung mit gegenseitigem Abstand an dem Gehäuse eines Steuerwerkzeugs T an Punkten an dem Bohrstrang angebracht, von denen der eine in Richtung nach oben im Abstand zu dem Bohrmeißel und der andere dicht am Bohrmeißel liegt. Diese Stabilisatoren sind in das Werkzeug T miteinbezogen und können entweder den Bohrstrang zum Geradeausbohren stabilisieren oder das Beaufschlagen des Bohrmeißels mit einer seitlichen Kraft verursachen, indem ein seitlicher Druck in einer gewählten Richtung gegen die Bohrlochwandung ausgeübt wird. Wie nachstehend noch beschrieben, kann die Richtung des seitlichen Drucks nicht nur ausgewählt, sondern auch verändert werden, ohne das Werkzeug aus dem Bohrloch zu entfernen. Die Richtung des auf den Bohrmeißel aufgebrachten seitlichen Drucks bezieht sich auf die untere Seite des Bohrloches, da der Bohrstrang und das Werkzeug T während des Bohrens dort auf- bzw. anliegen.

Wie sich aus der nachfolgenden Beschreibung ergibt, ist

das Werkzeug nicht von Anfang an von Orientierungshilfen wie z.B. der Verwendung von zeitraubenden und kostspieligen Riehtungsüberwachungsinstrumenten, gebogenen Bohrstrangteilen od. dgl. abhängig. Wenn die vorliegende Steuervorrichtung auf der Bohrlochsohle angeordnet ist, ist sie automatisch in bezug auf die untere bzw. niedrig Seite des Bohrlochs ausgerichtet. Die Richtung der auf den Bohrmeißel aufgebrachten Seitenkraft kann dadurch •uorbestimmt werden, daß das Werkzeug an der Erdoberfläch auf eine von einer Mehrzahl von Bohreinstellungen eingestellt wird. Wie nachstehend noch beschrieben, kann das Werkzeug für neun Bohrstellungen eingerichtet werden. Die neutrale Stellung des Werkzeugs ermöglicht den Stabilisatoren S1 und S2 eine Einstellung beizubehalten, bei der ein gerades Loch gebohrt wird, indem sie den Bohr- bzw. SchwerStangenstrang mittig im Bohrloch so stabilisieren, daß der Bohrmeißel einer geraden Bahn folgen kann. Die mit dem Werkzeug erreichbaren acht Winkeleinstellungen können den Bohrmeißel dazu veranlassen, von einer geraden Bahn abzuweichen und verursachen, daß er eine vertikale Winkelstellung gewinnt oder aufgibt, nach rechts oder links abdreht und eine Kombination obiger Möglichkeiten schaffen, um einen Bohrmeißelausschlag in Vektoren von 45° zu bewirken. Zusätzlich dazu, daß die BohrStellungen vor Einfahren des Werkzeugs in das Bohrloch am Eingang desselben einstellbar bzw. bestimmbar sind, können die gewählten BohrStellungen mittels eines Drahtseilwerkzeugs verändert werden, währei

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das Steuerwerkzeug unten· im Bohrloch verbleibt. Die Verwendung eines Drahtseilwerkzeuges für das Nachrichten ode Nachstellen des Steuerwerkzeugs, während es im Bohrloch verbleibt, hat beträchtliche Einsparungen zur Folge, da die Umlaufvorgänge des Bohrgestänges erheblich in ihrer Zahl verringert werden und das Steuerwerkzeug erforderlichenfalls zum Geradeaus- oder Richtungsbohren, und umgekehrt, eingestellt werden kann.

Kurz gesagt, das Steuerwerkzeug kann beim normalen Gerade ausbohren oder beim Richtungsbohren Anwendung finden, ohne daß die Bohrwerkzeuge zum Geradeausbohren aus dem Bohrloch entfernt und Bohrwerkzeuge zum Richtungsbohren in dem Bohrstrang installiert werden müssen.

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Das Steuerwerkzeug/umfaßt ein langgestrecktes Gehäuse 11 mit im wesentlichen demselben Durchmesser wie demjenigen des Bohrgestänges bzw. des Schwerstangenstrangs P. Das Gehäuse 11 hat gemäß Fig. 4a an seinem oberen Ende ein mit Gewinde versehenes Zapfenende 12 zum Eingriff in eine Gewindehülse 13 des oberen Gestänges bzw. des Schwerstangenstrangs P. An seinem unteren Ende (Fig. 4f) hat dai Gehäuse 11 eine Gewindehülse 13 zur Aufnahme des Gewindezapfens 14 des Bohrmeißels B. Die Stabilisatoren S1 und S2 sind zwischen zwei in axialer Richtung im Abstand zueinander angeordneten Anschlagbunden 17 und 18, die in einer nachstehend noch beschriebenen Weise an dem Werkzeuggehäuse befestigt sind, drehbar an dem Gehäuse

angebracht und umfassen jeweils ein rohrförmiges Gehäuse 19, das mit einer geeigneten Anzahl von in Umf angsr ichtun« f im Abstand zueinander angeordneten und seitlich vorstehen den Rippen 20, die sich in Längsrichtung erstrecken, versehen ist. Der obere allgemein in Fig. 2 veranschaulichte Stabilisator S1 ist auf einer im ganzen mit MP bezeichneten Steuerkolbeneinrichtung drehbar, während der untere Stabilisator S2 drehbar auf einer Servokolbeneinrichtung SP angebracht ist. Die Steuerkolbeneinrichtung und die Servokolbeneinrichtung sind voneinander im wesentlichen entsprechender Konstruktion, wobei die Steuerkolbeneinrichtung ansprechend auf das Gewicht des Bohrstrangs im Bereich des oberen Stabilisators S1 betätigbar ist, um Druck auf die Servokolbeneinrichtung SP zu übertragen, um eine Seitenkraft auf dem Bohrmeißel in einer Richtung zu erzeugen, die beim Zurichten bzw. Einstellen des Steue Werkzeugs an der Erdoberfläche bestimmt oder verändert werden kann, während sich das Steurwerkzeug in einer Bohrstellung innerhalb des Bohrloches befindet.

Wie allgemein aus Fig. 2 ersichtlich, umfaßt die Steuerkolbeneinrichtung MP eine Anzahl von in Umfangsrichtung im Abstand zueinander angeordneten, mit 1 bzw. 2 bezeichneten radialen Kolbenkammern, die Kolben P1 und P2 enthalten. Die Kolbenkammern 1 und 2 erstrecken sich in radialer Richtung und in diametralem Abstand zueinander im Gehäuse 11 des Steuerwerkzeugs. Nachstehend im einzelnen noch beschriebene Kanäle 21. erstrecken sich in

Längsrichtung des Werkzeuggehäuses und stehen wahlweise mit der Servokolbeneinrichtung SP in dem Stabilisator S2 in Verbindung. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, umfaßt die Servokolbeneinrichtung SP in der veranschaulichten Form ebenso wie die Steuerkolbeneinrichtung MP eine Mehrzahl von in ümfangsrichtung im Abstand zueinander angeordneten Kolbenkammern 5,6,7 und 8 mit darin hin- und herbeweglichen Servokolben P5, P6, P7 und P8, und es ist erkennbar, daß die oben erwähnten Flüssigkeitskanäle 21 in die Kolbenkammern 5 bis 8 einmünden. Die äußeren Enden der Kolben 1 und 2 und 5 bis 8 der Steuerkolben und Servokolben stehen mit in einem Innenring 23 ausgebildeten ebenen Sfehn.enf lachen der jeweiligen Kolbeneinrichtung in Eingriff, der innerhalb der jeweiligen Stabilisatorgehäuse 19 drehbar angebracht ist, wodurch sich das Steuerwerkzeuggehäuse 11 im Bereich dear Steuerkolben- und der Servokolbeneinrichtung und die Buchse bzw. der Gehäuseabschnitt 23, wie jeweils aus den Fig. 2 und 3 ersichtlic(h, seitlich zueinander bewegen können. Andererseits kann der Gehäuseabschnitt 11,wie nachstehend noch beschrieben, auch innerhalb der jeweiligen Stabilisatoren S1 und S2 zentralisiert werden.

Wie in Fig. 1 veranschaulicht, bei der sich der Stabilisator S1 an einer im Abstand zu dem unteren Stabilisator S2 angeordneten Stelle oberhalb von letzterem befindet und das Bohrloch H in einem Winkel angeordnet ist, ruht das Gewicht des Rohrstrangs P unten im Bohrloch (in

• ν ♦ ■ * fc * ·

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Richtung W nach Fig. 2) auf, und mittels nachstehend noch beschriebener Flüssigkeitsübertragung und Ventilwählsystem wird eine gegenwirkende Kraft (in Richtung de Pfeiles F der Fig. 3) erzeugt, um den Bohrmeißel B seitlich gegen die Wandung des Bohrloches zu drücken.

In den Fig. 4a, 4f., 14 und 15 ebenso wie in der Querschnittsdarstellung der Fig. 5 sind nähere Einzelheiten der Konstruktion der jeweiligen Stabilisatoren S1 und S2 veranschaulicht. Die Stabilisatorgehäuse 19 und die Innenhülse 23 der Steuerkolben- und der Servokolbeneinrichtung sind zwischen den bereits erwähnten oberen und unteren Anschlagbunden 17 und 18 gegen axiale Bewegung festgelegt/ wobei die Anschlagbunde, wie aus Fig. 14 ersichtlich, durch geeignete Einrichtungen, wie z.B. zwe diametral im Abstand zueinander angeordnete Stifte oder anderweitige Splinte '25, die sich durch radial gebohrte Löcher 26 in den jeweiligen Anschlagbunden in in dem Steuerwerkzeuggehäuse 11 vorhandene Ausnehmungen 27 hineinerstrecken, in ihrer Stellung auf dem Werkzeuggehäuse 11 festgehalten werden. Die Stifte 25 werden durch sehnenförmig angeordnete Stifte 28, die sich zu beiden Seiten der Vorrichtung durch ein gebohrtes Loch 29 in dem Anschlagbund und durch den Stift hindurcherstrecken, in ihrer Stellung gehalten. Zwischen jedem Anschlagbund 17 und 18 und dem äußeren Umfang des Gehäuses 11 ist eine geeignete Ringdichtung 30 und zwischen den Enden des Stabilisatorgehäu-ses und den gegenüberliegenden Flächen

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der Anschlagbunde sind zweite Dichtungen 31 vorgesehen, die dazu dienen, das Eindringen der erosiven Bohrflüssigkeit in die Steuer- und die Servokolbeneinrichtungrzu verhindern.

Entsprechend den Fig. 4a und 5 umfaßt die Steuerkolbeneinrichtung zwei langgestreckte .Kolben- oder Zylinderblöcke 33, die in langgestreckte Vertiefungen 34 eingelassen sind, welche in diametral entgegengesetztem gegenseitigen Verhältnis in dem Werkzeuggehäuse 11 ausgebildet sind. Diese Kolben- oder Zylinderblöcke 33 werden von Stiften 35 oder anderen Befestigungsmitteln, die sich sehnenartig durch den Körper und durch die Mittelteile der Blöcke 33 hindurcherstrecken, in Stellung gehalten. Jeder Block 33 hat zwei in Längsrichtung im Abstand zueinander angeordnete, sich seitlich öffnende Kolbenkammer 36, die zwei zusammenwirkende Steuerkolben P1 und P2 hin- und hergehbar aufnehmen. Jeder der Kolben P1 und P2 hat ei: ie Kolbenringdichtung 37, die mit der zylindrischen Wandung einer Kolbenkammer 36 in gleitendem und abdichtendem Eingriff steht, und jeder Kolben wird von einer gegen den Boden der Kolbenkammer drückenden Schraubenfeder 38 in bezug auf die Kolbenkammer nach außen vorgespannt. Die Außenfläche 38' eines jeden Kolbens ist eben bzw. flach und steht mit einer innerhalb der Hülse 23 vorgesehenen ebenen Sehnenfläche 39 in Eingriff. Das äußere Ende eines jeden Kolbens ist weiter mit einem Stift 40 versehen, der nach außen in eine Umfangskerbe bzw. eine Umfangsrill«

41 in der Hülse 23 vorragt. Jeder Kolbenblock 33 hat eine gebohrte oder auf andere Weise vorgesehene Längsdur chtritts öffnung 42a bzw. 42b für Strömungsmedium, die von der oberen Kolbenkammer 36 zu der unteren Kolbenkammer 36 und von dort vom unteren Ende des Kolbenblocks zur Verbindung mit'Längskanälen 43a und 43b führt, die sich, wie nachstehend noch beschrieben, in dem Gehäuse 1 nach unten erstrecken.

Während mehr als zwei diametral einander gegenüberliegend Steuerkolben bei der Vorrichtung Anwendung finden können, wird bei der veranschaulichten Ausfuhrungsform lediglich •das Paar diametral gegenüberliegender, zusammenwirkender Steuerkolben eingesetzt, wobei zum Zwecke der Stabilität das Gehäuse 11 des Werkzeugs weiter mit als Blindkolben 4 charakterisierbaren Einrichtungen versehen ist, die in Sitzen 45 angeordnet sind, welche in dem Gehäuse in diametral entgegengesetztem gegenseitigem Verhältnis und im rechtwinkligen Verhältnis zu den Kolben P1 und P2 ausg bildet sind. Jeder Blindkolben hat eine flache äußere Fläche 46, die mit der ebenen Fläche 47 in Eingriff steht die innerhalb der Hülse 23 vorgesehen ist und der mit den aktiven Kolben in Eingriff gelangenden Fläche 39 entspricht. In gleicher Weise hat der Blindkolben 44 einen nach außen vorstehenden Stift 46', der sich in eine in radialer Richtung erstreckende Kerbe oder Rille 48 hinein erstreckt, die der Kerbe bzw. Rille 41 an der Stelle der aktiven Kolben entspricht. Wenn somit der Druck in den

Steuerkolbenkammern 36 ausgeglichen ist, ist das Werkzeu gehäuse im Stabilisator S1 zentral gehalten,, wobei es sich jedoch innerhalb der Stabilisatorhülse 23 seitlich verlagern und in dieser rotieren kann, um eine wechselseitige Einwärtsbewegung der Steuerkolben P1 und P2 herbeizuführen, während das Werkzeuggehäuse in dem Stabilisator rotiert und letzterer sich unten im Bohrlocl in Anlage befindet. Die Einwärtsbewegung der Kolben beaui schlagt die in den jeweiligen Kolbenkammern vorhandene Flüssigkeit mit Druck.

Die Fig. 4f und 15 veranschaulichen, daß die innerhalb des unteren Stabilisators S2 drehbare Servokolbeneinrichtung SP eine der oben beschriebenen Steuerkolbeneinrichtung MP sehr ähnliche Konstruktion aufweist. Im Falle der Servokolbeneinrichtung sind jedoch vier Kolben P5 bis P8 in Umfangsrichtung im Abstand voneinander angeordnet. Hier ist das Gehäuse 11 des Steuerwerkzeugs wiederum mit vier sich in Längsrichtung erstreckenden radialen Rillen 50 versehen, die rechtwinklig zueinander angeordnet sind, in denen jeweils ein Zylinderblock 51 angeordnet ist, der mit in Längsrichtung im Abstand zueinander angeordneten zylindrischen Kolbenkammern 52 versehen ist, in denen jeweils ein Kolbenglied 53 in radialer Richtung hin- und herbewegbar angeordnet ist. Die Zylir-.d« rblöcke 51 werden von Stiften oder anderen Befestigungsmitteln 54, die sich sehnenartig durch das Gehäuse und den Zylinderblock zwischen den in Längsrichtung im Abstarid

zueinander angeordneten Kolbenkammern 52 erstrecken, in den Rillen 50 in Stellung gehalten. Jeder Kolben hat ein Kolbenringdichtung 55, die gleitend in Abdichteingriff mit der Kolbenkammer 52 steht, und eine schraubenförmige Druckfeder 56 drückt die jeweiligen Kolben 53 normalerweise nach außen, so daß die äußeren flachen Flächen 56'der Servokolben an den innerhalb der Hülse

sich
vorgesehenen/sehnenartig erstreckenden ebenen Flächen 57 anliegen. Jeder Kolben 53 hat außerdem einen nach außen vorragenden Zapfen 58, der sich in eine Umfangskerbe ode: -rille 59 in der Hülse 23 hineinerstreckt. Es handelt si wie ersichtlich, um eine Konstruktion, die eine gegenseitige seitliche Verlagerung des Werkzeuggehäuses 11 zu dem Stabilisator und der Hülse 23 ermöglicht, und zwa abhängig von der in einer radialen Richtung von den jeweiligen Kolben P5 bis P8 ausgeübten Kraft. Wie bereits angeführt, wirkt diese Kraft auf die Wandung des Bohrloches ein, um eine Rückstoßkraft zu erzeugen, die auf das Rotieren des Bohrstrangs ansprechend den Bohrmeißel in eine gewählte Richtung zu drücken sucht.

Wie am besten aus Fig. 4f ersichtlich, besitzt jeder Kolbenblock 51 einen Flüssigkeitsdurchgang 60, der mittels Durchlaufkanälen, wie z.B. des Kanals 43b, unter der Steuerung von nachstehend noch beschriebenen Ventileinrichtungen eine Flüssigkeitsverbindung von der Steuerkolbeneinrichtung MP schafft. Der Durchgang 60 erstreckt sich in die obere Kolbenkammer 52, durch den Zylinderbloc

51 und in die untere Kolbenkammer 52, so daß die Kolben 5JJ zusammenwirken.

Mit bezug auf die Fig. 4a, 4b, 4c und 6 bis 9 wird nunmehr das Flüssigkeitsdrucksystem zwischen der S teuer kolbe Ji- und der Servokolbeneinrichtung näher erläutert. Wie bereits erwähnt, erstrecken sich Durchgänge 43a und 43b von den Steuerkolbenkammerη in Richtung nach unten durch das Gehäuse 11. Wie aus Fig. 4b und 6 ersichtlich, sind diese Durchgänge 43a und 43b mit Rohren bzw. Leitungen 62 versehen, die sich durch eine Bohrung in einem Stützkörper

63 länglicher Form hindurcherstrecken, der in einem in Werkzeuggehäuse 11 ausgebildeten, langgestreckten Schlitz

64 angeordnet ist und durch· eine in geeigneter Weise im Schlitz 64 befestigte Halteleiste 65 in Stellung gehalten wird.

Gemäß Fig. 4c mündet der Durchgang 43a an seinem unteren Ende in eine obere Kammer, die als Ventilkammer VCT bezeichnet, und zwischen einem Wandbereich 70 des Werkzeuggehäuses 11 mit geringerem Durchmesser und einer äußeren zylindrischen Hülse 71 gebildet ist, die in geeigneter Weise auf dem Gehäuseabschnitt 72 mit größeren Durchmesse: angebracht ist und sich nach unten an einem Flansch 73 des Gehäuses vorbeierstreckt, um mit letzterem eine als Ventilkammer VC2 bezeichnete untere Kammer zu bilden. Ein< obere Ringdichtung 74 bildet eine Abdichtung zwischen der Hülse 71 und dem oberen Abschnitt 72 des Gehäuses mit

größerem Durchmesser und eine untere Ringdichtung 75 bil eine Abdichtung zwischen der Hülse 71 und dem ^unteren Ab schnitt des Gehäuses mit größerem Durchmesser. Der Flans 73 trägt ebenfalls eine Ringdichtung 76, die eine Abdichtung mit der Außenhülse 71 bildet, so daß die Kämmen VC1 und VC2 gegeneinander abgedichtet bzw. voneinander getrennt sind. Somit ist die Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Flüssigkeitsdurchgang 43a und der Ventilkammer VC2 gesperrt. Wie außerdem aus Fig. 4c und 6 ersichtlich, erstreckt sich das den Durchgang 43b bildende Rohr 62 nach unten durch die obere Ventilkammer VC1, durch den Flansch 73 und steht mit der Ventilkammer VC2 i Verbindung.

Hiermit wird ersichtlich, daß, wenn die obere Stabilisato einrichtung S1 unten im Bohrloch anliegt und der Bohrstrang P gedreht wird und ein Rotieren des Werkzeuggehäuses 11 verursacht, jede Umdrehung des Werkzeuggehäuses einen der Steuerkolben P1 und P2 veranlaßt, sich einwärts zu verlagern und die Übertragung von Flüssigkeitsdruck durch die jeweiligen Durchgänge 42a und 42b zu der oberen oder unteren Ventilkammer VC1 bzw. VC2 zu verursachen.

Die Ventileinrichtungen V, von denen eine repräsentative in Fig. 16 veranschaulicht ist, und die ebenfalls in Fig. 8 dargestellt sind, sind zum Herstellen einer Verbindung zwischen den jeweiligen Ventilkammern VC1 und VC2 und einem oder zwei ausgewählten Kolben der Servo

*» g fr _B φ _α

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kolben P5 bis P8 vorgesehen. Gemäß Fig. 8 sind die Ventileinrichtungen in Übereinstimmung mit den jeweilige; Kolben P5 bis P8 mit V5, V6, V7 und V8 bezeichnet.

In einer nachstehend noch beschriebenen Weise sind die Ventile in einer Weise konstruiert und betätigbar, die die Verbindung der Flüssigkeit.von den Ventilkammern · VC1 und VC2 durch nach unten verlaufende Erstreckungen der Flüssigkeitsdurchgänge 43a und 43b mit ausgewählten Kanälen 60 in den Zylinderblöcken 51 der Servokolbeneinrichtung. SP erlaubt oder verhindert. Aus den Fig. 9, 10 und 11 ergibt sich weiter, daß sich zusätzliche Durchgänge 43c und 43d nach unten durch die Rohrkonstruktion zu der Servokolbeneinrichtung erstrecken. Wie bereits oben beschrieben, sind die sich nach unten erstreckenden Durchgänge 43a bis 43d in einer Anordnung vorgesehen, in der*Rohre 62 durch Stützgehäuse 63 geführt sind, die ir langgestreckten Rillen 64 in dem Werkzeuggehäuse 11 angeordnet sind und durch Halteleisten 65 in ihrer Stellung gehalten werden.

Die Ventile V5 bis V8 der Ventileinrichtung V sind durch das in Fig. 16 dargestellte Ventil V7 veranschaulicht. Eine langgestreckte äußere Ventilhülse 80 erstreckt sich in Längsrichtung durch die Sperre 73 zwischen den Ventilkammern VC1 und VC2. Die Hülse 8ffhat einen oberen Satz von in der Ventilkammer VC1 angeordneten radialen öffnungen 81 und einen unteren Satz von in der Kammer VC2

: « W-WTT* J-

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angeordneten radialen Öffnungen 82. In der ortsfesten äußeren Ventilhülse 80 hin- und herbeweglich angeordnet ist eine innere Ventilhülse 83 mit einem oberen Satz radialer Öffnungen 84 und einem unteren Satz radialer Öffnungen 85. Oberhalb und unterhalb eines jeden Satzes von Öffnungen 84 und 85 ist eine geeignete Ringdichtung 86 für eine Gleitabdichtung innerhalb der ortsfesten Ventilhülse 80 vorgesehen. Die Ventilhülsenöffnungen 84 und 85 haben einen relativ geringen gegenseitigen Abstan Befindet sich die Ventilhülse 83 jedoch in einer mittige: Stellung entsprechend Fig. 16, dann ist das Ventil ganz geschlossen. Wie durch den Pfeil in Fig. 16 angedeutet, kann sich die Ventilhülse 83 hin- und herbewegen, wodurc! bei Aufwärtsbewegung der Ventilhülse 83 die Öffnungen

81 und 84 in Flucht gebracht werden können, während bei Abwärtsbewegung der Ventilhülse 83 die Öffnungen 85 und

82 in Flucht gebracht werden. Befinden sich die oberen Ventilöffnungen 84 und 81 in Flucht, kann Druck aus der oberen Ventilkammer VC1 in die innere Ventilhülse 83 gelangen, deren Bohrung einen der sich nach unten erstreckenden, zu den entsprechenden Servokolben führenden Flüssigkeitskanäle bzw. -durchgänge, 43a, 43b, 43c oder 43d bildet. Wird die innere Ventilhülse 83 dagegen nach unten verlagert, so liegen die Öffnungen 85 und 82. in Flucht, so daß Druck aus der unteren Ventilkammer VC2 in einen der zu den entsprechenden Servokolben führenden Durchgänge 43a, 4 3b, 43c oder 43d gelangen kann.

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An in Längsrichtung im Abstand zueinander entlang der Vorrichtung angeordneten Stellen sind Einrichtungen vorge sehen um die jeweiligen inneren Ventilhülsen 83 zwischen der Zwischen- oder geschlossenen Stellung und entweder der oberen oder unteren offenen Stellung zu betätigen und wahlweise eine Verbindung zwischen einer der Ventilkammern VC1 und VC2 und den jeweiligen Kammern der Servokolben P5 bis P8 herzustellen. Diese Betätigungseinrichtungen sind in den Fig. 9, 10, 11 und 12 als Betätigungsorgane AA, AB, AC bzw. AD veranschaulicht. Ein repräsentatives Betätigungsorgan, nämlich das Betätigungs organ AA, ist ebenfalls in Fig. 17 dargestellt, aus der weiter zu entnehmen ist, daß das den Durchgang 43a bildende Rohr 62 teleskopartig ausgeführt ist. Das Rohr 62 umfaßt einen oberen Abschnitt 62a, der in einer mit einer durchgehenden Bohrung 91 versehenen, langgestreckten Zahnstang 90a fest in Eingriff steht, während ein unterer Rohrabschnitt 62b mit seinem oberen Ende hin- und herbeweglich in der"Bohrung 91 angeordnet ist und sich abdichtend und gleitend durch die Ringdichtung 92 hindurcherstreckt. Die Zahnstange 90a kann somit in bezug auf den Rohrabschnitt 62b nach oben oder unten verlagert werden, während eine Verbindung durch die Bohrung 91 zwischen der inneren Ventilhülse 83 nacHFig. 16 und dem Rohr 62 nach Fig. 17 erhalten bleibt, so daß eine Aufwärts- oder Abwärtsbewegung der Zahnstange 90a die innere Ventilhülse in Längsrichtung zum wahlweisen Schließen oder Öffnen des Ventils und Herstellen einer Verbindung zwischen einer dler

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Veritilkammern VC1 oder VC2 mit einer der mit dem Durchgar 43a in Verbindung stehenden Servokolbenkammern verlagern kann. Da die in Fig. 17 veranschaulichte Betätigungseinrichtung das Organ für das Steuern des Flusses zu dem Servokolben P5 darstellt, ist es augenscheinlich, daß, wenn die Zahnstange 90a zum Herstellen einer Verbindung zwischen den Ventilöffnungen 81 und 84 nach oben verlagert wird, Druckmedium aus dem Steuerkolben P1 durch d Ventilkammer VC1 zu dem Servokolben P5 gelangt, und umgekehrt ist es weiter augenscheinlich, daß, wenn die Zahnstange 90a derart betätigt wird, daß sie die innere Ventilhülse In₁ eine Verbindung zwischen den Öffnungen 82 und 85 herstellende Stellung verlagert, alsdann Druck aus dem Steuerkolben P2 durch die untere Ventilkammer VC2 auf den Servokolben P5 übertragen werden kann.

Wie oben ausgeführt, ist eine Mehrzahl von der Zahnstange 90a entsprechenden Zahnstangen zum Betätigen der verschiedenen Ventile V an in Längsrichtung im Abstand zueinander angeordneten Stellen eingesetzt. Gemäß den Fig. 9 bis 12 sind Zahnstangen 90a, 9.0b, 90c bzw. 9Od als in d in Längsrichtung im Abstand zueinander angeordneten und winklig versetzten Betätigungseinrichtungen AA, AB,AC und AD miteinbezogen veranschaulicht. Jede Zahnstange (wie sie in Fig. 4d und 10 als Beispiel dargestellt sind) ist hin- und herbeweglich in einem sich in Längsrichtung erstreckenden Kanal 96 angeordnet, der in der Seite des Gehäuses ausgebildet und durch eine läng-liche Platte 97

ft Λ !»

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abgedeckt ist, die in geeigneter Weise, z.B. durch Schrauben 98, in der Rille befestigt ist.Jedes Zahnritzel 95a bis 95d hat einen zylindrischen Schaft 99, der drehbar in einer Bohrung 100 gelagert ist, die sich in dem Gehäuse in radialer Richtung von der Rille 96 erstreckt. Jedes de Zahnritzel ist mit einer Ringdichtung 100a versehen, um das Eindringen von Bohrflüssigkeit in den Betätigungsmechanismus zu verhindern. Jeder Zahnstange ist eine Kuge arretierung 101 der federbeaufschlagten Art zugeordnet, um mit in Längsrichtung im Abstand zueinander angeordneter Vertiefungen in der'inneren Seitenwand der jeweiligen Zahn stange in Eingriff zu gelangen, wodurch die Zahnstange bei deren Verlagern zum Einstellen einer inneren Ventilhülse in einer gewählten offenen oder geschlossenen Stellung in der gewählten Stellung festgehalten wird.

Wenn sich das Werkzeug oben am Bohrloch befindet, können die Schließplatten 97 entfernt werden,und es kann ein geeignetes Werkzeug in eine in dem Ende eines jeden Zahnritzels 95a bis 95d ausgebildete, nicht kreisförmige Aufnahme 102 eingesetzt werden, um die Ventile auf gewünschte, gewählte offene und geschlossene Stellungen einzustellen, so daß Flüssigkeitsdruck in nachstehend noch beschriebener Weise aus den Steuerkolben durch die eine oder andere der Ventilkammern V1 und V2 je nach Einstellung der vier Ventile auf ausgewählte Servokolben übertragen wird, wodurch bei in das Bohrloch eingefahrenem und rotierendem Werkzeug während des Bohrens das auf die

Steuerkolben einwirkende Gewicht des Bohrstrangs an der unteren Seite des Bohrloches die Seitenkraft auf den Boh: meißel in einer gewünschten Richtung beeinflußt. Anderer seits kann das Zurichten bzw. Einstellen des Werkzeugs oben am Bohrloch so erfolgen daß sämtliche Ventile geschlossen sind/ in welchem Fall das Steuerwerkzeug den Bohrstrang einfach im Bohrloch stabilisieren kann, um die Bohrabweichung des Bohrloches auf ein Mindestmaß herabzusetzen, da keine Druckübertragung von den Steuerkolben zu den Servokolben stattfindet.

Wie bereits erwähnt, kann das Steuerwerkzeug, während es sich in dem Bohrloch befindet, durch eine fernbetätigte Einrichtung zum Öffnen oder Schließen ausgewählter Ventil der Ventileinrichtung V betätigt werden. Für das Verlagern der Ventilhülsen 62 können die verschiedensten Vorrichtungen Anwendung finden. Bei der hier veranschaulichten, bevorzugten Ausfuhrungsform kann jedoch ein Stel werkzeug M an einer (nicht dargestellten) allgemein geläufigen Drahtseilausrüstung in den Bohrstrang eingefahren und in der zentralen Bohrung 150 des Steuerwerkzeugs, durch die normalerweise Bohrflüssigkeit hindurchgeleitet wird, abgesetzt werden. Wie aus den Fig. 4e und 13 ersichtlich, hat das Stellwerkzeug in der Nähe des unteren Endes eines langgestreckten Gehäuses 151 einen Orientierungsschlitz 152, der, wie bei Drahtseilbohrlochwerkzeugen allgemein bekannt, als Nockenbahn ausgebildet sein kann, welche mit einem vom Gehäuse 11 des Steuerwerk

zeugs radial nach innen vorragenden Stift 153 in Eingrifi bringbar ist, um mit dem Nockenschlitz 152 in Eingriff zu gelangen und ein vorbestimmtes Winkelverhältnis zwiscl dem Gehäuse 151 und dem Steuerwerkzeug herzustellen, wie dies aus Fig. 13 hervorgeht. Im vorliegenden Fall ist die gewünschte Ausrichtung des Stellwerkzeuges zu dem Steuerwerkzeug derart, daß sich vier in Längsrichtung im Abstar zueinander angeordnete Stellritzel PA, PB, PC und PD, wi« aus den Fig. 9 bis 12 ersichtlich, in radialer Flucht mit den vier Ventilbetätigungsritzeln AA, AB, AC und AD befinden.

In den Fig.18a, 18b, 18c und 18d sind die Stellritzel PA, PB und PC in Anbringung in dem Gehäuse 151 und mit einem innerhalb einer radialen öffnung 155 in dem Gehäuse 151 drehbar und gleitend angeordneten äußeren Ende

• Ende des 154 versehen, veranschaulicht.Das innere/Ritzels ist mit einem T-förmigen Kopf 156 ausgebildet, der dreh- und verschiebbar in einer schwalbenschwanzförmigen Bahn 157 (vgl. Fig. 19) eines langgestreckten Keil- oder Nockengliedes 158 angeordnet ist. Das Keilglied 158 ist an seinem oberen Ende durch eine geeignete Befestigungseinrichtung 159 mit einem Dornabschnitt 160 und an seinem unteren Ende durch eine Befestigungseinrichtung 161 mit einem unteren Dornabschnitt 162 verbunden. Die Dornabschnitte entsprechen einander in ihrer Konstruktion und umfassen jeweils Dornabschnitte und langgestreckte Keilglieder, die als eine Dorneinheit untereinander verbunden

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Jedes Keilglied 158 trägt vorzugsweise außerdem einen Zentralisierzapfen bzw. ein Zentralisierglied 163,.das in radialer Richtung verschiebbar in einer öffnung 164 angeordnet ist, die eine Schraubendruckfeder 165 enthält, die nach außen auf das Zentralisierglied 163 wirkt, um bei gleichzeitigem Ermöglichen gegenseitiger Längsbewegung der Dorneinheit und des Gehäuses eine radiale Zentralisierkraft auf die Innenwand des Gehäuses 151 vorzlu sehen. Durch einen Schlitz 166 in dem Zentralisierglied 163 erstrecken sich geeignete Querstifte, um als Haltevorrichtung zu dienen,, wenn sich der Dorn nicht innerhalb des Werkzeuggehäuses 11 befindet. Jedes Keilglied 158 ist in Längsrichtung verschiebbar in einem langgestreckten, sich in radialer Richtung öffnenden und in dem Gehäuse 15 ausgebildeten Schlitz 167 angeordnet, und an dem unteren Ende des Schlitzes 167 (vgl. Fig. 18b) ist eine Anschlagschulter 168 vorgesehen, die die zugelassene Längsbewegung der Innendorneinheit innerhalb des Gehäuses 151 begrenzt.

Gemäß Fig. 4e steht das untere Ende 169 der Innendorneinheit mit einer Schraubendruckfeder 170 in Eingriff, die auf einem Sitz 171 sitzt, der an dem Verbindungspunkt des Gehäuses 151 mit einem unteren, massiven Abschnitt 17$ des Stellwerkzeuges vorgesehen ist.Wie gleichfalls aus den Fig. 4e und 20 ersichtlich, kann das untere Ende des

Stellwerkzeugs durch zusätzliche Zentralisierstifte oder -glieder 173 in dem Werkzeuggehäuse 11 zentralisiert werden, wobeiäie Zentralisierglieder durch in Federkamme 175 gelagerte Schraubenfedern 174 nach außen vorgespannt sind und von Stiften 176 gegen eine Verlagerung aus den Kanunern 175 festgehalten werden. Es wird nunmehr ersichtlich, daß die Innendorneinheit, die aus einer Mehrzahl der Keilglieder 158 und Verbindungsdornabschnitten 160 und 162 besteht, der nach oben wirkenden Kraft der Feder 170 entgegenwirkend nach unten verlagert werden kann,wenn das Stellwerkeeug in dem Steuerwerkzeug abgesetzt worden ist und das Gewicht der normalen Drahtseil-Fangstangen auf die Innendornheinheit aufgebracht wird.

Es ist eine Einrichtung vorgesehen, die die Stellritzel PA bis PD in entgegengesetzten Richtungen dreht. Gemäß Fig. 19 ist das Stellwerkzeuggehäuse' 151 mit einem inneren Gehäuseabschnitt 180 und einem gegenüberliegenden innerer Gehäuseabschnitt 181 ausgebildet, die jeweils mit langgestreckten Rillen oder Schlitzen 182 und 183 versehen sind, welche zwei gegenüberliegende Zahnstangen 184 und 185 aufnehmen, wobei die Schlitze eine Längserstreckung aufweisen, um eine Hin- und Herbewegung der jeweiligen Zahnstangen 184 und 185 zueinander, und zwar ansprechend auf das Arbeiten des Stellwerkzeugs, wie nachstehend noch näher beschrieben, zu ermöglichen, wodurch ein Rotieren der ausgewählten Ritzel PA, PB, PC ode PD bewirkt wird. Bei der dargestellten Ausführungsform

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sind die Rillen 182 und 183 in sehnenförmigen Gehäuseabschnitten 186 ausgebildet, die z.B. durch eine ge- . eignete Anzahl von Schrauben 187 innerhalb des Stellwerkzeuggehäuses 151 befestigt sind.

Wie vorstehend angegeben, können die Zahnstangen 184 und 185 innerhalb der Rillen bzw. Nuten 182 und 183 hin- und herbewegt werden, und zum Zwecke des Festhaltens der jeweiligen Zahnstangen in einer ausgewählten Stellung innerhalb der Rillen 182 und 183 sind in den Gehäuseabschnitten 186 Kugelarretierungen 188 vorgesehen. Wie in Fig. 18c veranschaulicht, umfaßt die Kugelarretierung zumindest drei Ausnehmungen 188a, die die Sperrkugel auf nehmen und die gegenüberliegenden Zahnstangen 184 und 185 in der in Fig. 18c gezeigten neutralen Stellung halten können, in der die Zahnstangen einander gegenüberliegen und mittig zu dem Ritzel PB angeordnet sind, oder die Zahnstangen 184 und 185 in zueinander versetzten Stellungen halten können. Die Zahnstangen werden, ansprechend auf die Längsbewegung einer Zahnstange und Rotieren des Zwischenritzels in einer Richtung zum Verlagern der anderen Zahnstange in Längs- und entgegengesetzte Richtung, in Längsrichtung in entgegengesetzten Richtungen zueinander verlagert.

Weiter vorgesehen ist eine Einrichtung zum Verursachen einer gegenseitigen Längsbewegung·einer der Zahnstangen 184 und 185 in ihrer Rille 182 bzw. 183, und zwar an-

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sprechend auf eine Abwärtsbewegung des Innendorhsatzes zu dem Außengehäuse 151 des Stellwerkzeugs, wenn letzteres in dem Steuerwerkzeug aufsetzt. Wie z.B. aus Fig. 18c ersichtlich, ist der äußere Gehäuseabschnitt 15 des Stellwerkzeugs mit vier mit Gewinde versehenen, mit 201, 202, 203 und 204 bezeichneten öffnungen versehen. Die Öffnungen 201 und 202 befinden sich an einer Seite des Gehäuses 151 in Flucht unterhalb der Zahnstange 185, während die mit Gewinde versehenen öffnungen 203 und 204 an der diametral gegenüberliegenden Seite des Gehäuses unterhalb der Zahnstange 184 fluchten. Diese mit Gewinde versehenen Öffnungen können einen Stellstift aufnehmen, von denen einer in Fig. 18c mit 201P bezeichnet ist. In diametraler Richtung und nach unten im Abstand zu dem Stift 201P ist ein weiterer Stift 204P in der Gewindeöffnung 204 vorgesehen. Dementsprechend wird beim Aufsetzen ■ ·. des Stellwerkzeugs in dem Steuerwerkzeug, zu welchem Zeitpunkt die Abwärtsbewegung des Gehäuses 151 gesperrt ist, die Gegenkraft der Feder 170 unterhalb des Innendornabschnitts 169 von dem Gewicht der obenerwähnten Drahtseilfangschwerstangen überwunden, wodurch der Innendornsatz und jeder der Keil- oder Nockenglieder 158 veranlaßt werden, sich in bezug auf die Ritzel PA bis PD nach unten zu bewegen und einen Keileffekt durch die geneigte Rampe 158a zu bewirken, um die jeweiligen Ritzel PA bis PD radial nach außen zu bewegen, um dadurch einen Eingriff der Aufnahme 154a in dem äußeren Ende des jeweiligen Ritzels mit einem Mitnahmeende 99a der Be-

tätigungsritzel 95a bis 95d zu bewirken. Im Anschluß an den Eingriff zwischen den Ritzeln 95a bis 95d und PA bis PD, wenn sich das T-Kopfstück 156 an den jeweilig Ritzeln PA bis PB im Eingriff in einem in Längsrichtung im Eingriff befindlichen Abschnitt 157a des Schwalbenschwanzschlitzes in dem Keil- oder Nockenglied 158 befindet, kann der Innendornsatz seine Abwärtsbewegung in bezug auf das Gehäuse 151 fortsetzen. Während der weiteren Abwärtsbewegung des Innendornsatzes (vgl. z.B. wiederum Fig. 18c) stößt die Zahnstange 185 gegen den Stift 201P_f wodurch eine weitere Abwärtsbewegung der Zahnstange 185 und das daraus resultierende Drehen des Zwischenritzels PB bei fortgesetzter Abwärtsbewegung de: Innendornsatzes verhindert werden mit dem Ergebnis, daß die gegenüberliegende Zahnstange 184 sich relativ nach unten verlagert, bis sie den Stift 204P berührt.

Aus' denFig. 17 und 18c ergibt sich, daß unter den dargestellten Bedingungen das Rotieren des Ritzels PB nach Fig. 18c im Gegenuhrzeigersinn, das durch die im Anschlu an den Eingriff zwischen Zahnstange 185 und Stift 201P erfolgte Abwärtsbewegung des Rohrsatzes verursacht wurde ein Rotieren des Ritzels 95a des Betätigungsorgans AA im Gegenuhrzeigersinn und eine Abwärtsbewegung der Ventilbetätigungszahnstange 90a zur Folge hat. Dieser Vorgang hat zur Folge, daß sich die Ventilleitung 62 um eine Strecke nach unten bewegt, die ausreicht, um eine Verbindung zwischen der unteren Ventilkammer VC2 un

dem Innern der Leitung bzw. des Rohres 62 durch die
öffnung 85 in der Ventilhülse 83 herzustellen. Falls
andererseits umgekehrt eine Verbindung zwischen der ober Ventilkammer VC1 und dem Inneren der Leitung 62 durch die Leitungsöffnung 84 hergestellt werden soll, kann ein
Betätigungsstift in dem gebohrten Loch 203 angebracht
und können die Stifte 201P und Ritzel 204P entfernt werdeji, wodurch ein Arretieren der Zahnstange 184 bei Abwärtsbewegung des Jhne.ndornsatzes und eine Auf wärt sbewegung der
Zahnstange 185 im Anschluß an den Eingriff der Zahnstange 184 mit dem Stift¹ in der Ausnehmung 203 verursacht wird.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß verschiedene Kombinationen der Anordnungen der Betätigungsstifte in den
Öffnungen 201 bis 20 4 in den jeweiligen Ventilbetätigungs mechanismen des Stellwerkzeugs verschiedene Kombinationen des öffnens oder Schließens der vier Ventile in der Venti einrichtung V zur Folge haben können, so daß die eine ode andere der Venti!kammern VC1 und VC2 mit einem aus den
Servokolben P5 bis P8 ausgewählten Servokolben verbunden werden kann, wobei der ausgewählte Servokolben in
oder

Abhängigkeit/der Druckbeaufschlagung von einem der Steuer kolben während einer 180"-Drehung des Steuerwerkzeugs mit Druck beaufschlagt wird.

Das öffnen und Schließen der vier Ventile nach Wahl bestimmt im Betrieb des Steuerwerkzeugs, ob das Bohren des
Bohrloches auf eine Weise voranschreitet, bei der der

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Winkel vergrößert oder verkleinert wird, oder ob sich das Steuerwerkzeug in einer Bohrstellung zum Geradeausbohren befindet,.bei der es durch die Stabilisatoren S1 und S2 in dem Bohrloch zentriert ist. Das wahlweise Öffnen und Schließen der Ventile ermöglicht auch die Druckbeaufschlagung zweier · benachbarter Servokolben, so daß zusätzlich zu dem Vergrößern oder Verkleinern des Winkels auch die Richtung, in der der Winkel vergrößert oder

verkleinert wird, verändert werden kann. Andererseits kan: das
('ausgewählte· öffnen oder Schließen der wahlweisen Ventile den Bohrmeißel derart beeinflussen, daß er in'erster Lini die Richtung, in der das Bohren voranschreitet, zu veränd sucht, anstatt den Winkel zu verändern.

Aus dem Vorstehenden und unter Bezugnahme auf die Fig. 21 ergibt sich, daß der bei Rotieren des Steuerwerkzeugs in dem Bohrloch von den Steuerkolbenkammern 1 und 2 zugeführte Druck von den jeweiligen Kolben während des Rotierens und des Kontakts mit der unteren Seite des Bohrloches über eine Drehung des Werkzeugs von etwa 180° übertragen wird. Die Ventilkammer VC1 wird durch den Kolben P1 und die Ventilkammer VC2 durch den Kolben P2 mi Druck beaufschlagt. Druck wird beiden Ventilkammern auf die Ventile V5, V6, V7 und V8 übertragen, wo unter der Steuerung der VentilbetätigungsorganeAA, AB, AC und AD de] Druck von jeder der Ventilkammern den jeweiligen Servokolbenkanunern 5, 6, 7 und 8 zugeführt werden kann. In der Fig. 21 ist die Servokolbeneinrichtung mit derfRichtunc

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bezeichnungen N (Norden, E (Osten), S (Süden) und W (Westen) veranschaulicht. Behält man dies im Äuge, so ist es verständlich, daß bei einer ausgewählten Arbeitsweise Druck von dem Kolben P1 durch die Ventilkammer VC1 auf den einzelnen Servokolben P5 übertragen werden kann, was einen einzelnen Druckimpuls pro Umdrehung zur Folge hat, der den Kolben P5 gegen die Bohrlochwandung drückt, um das Steuerwerkzeug und den Bohrmeißel aufgrund der Reaktionskraft in östliche Richtung zu drücken. Falls der Wunsch besteht, die Ablenkungs- bzw. Ausschlagkraft über die gesamte Drehung des Werkzeugs aufrechtzuerhalten, kann auf den Steuerkolben P2 bei dessen Durchqueren der unteren Seite des Bohrloches aufgebrachter Druck von der Ventilkammer VC2 der Kolbenkammer 7 der Servokolbeneinrichtung zugeführt werden, so daß nach Drehen des Werkzeuges um 180° der Kolben P7 auch in westlicher Richtung das Bohrloch nit Kraft beaufschlagt, wodurch verursacht wird, daß eine sich hieraus ergebene Ausschlagkraft in östlicher Richtung auf das Werkzeug und den Bohrmeißel auf gebracht wird. In dieser letztgenannten Situation wird der Bohrmeißel daher zwei Druck- bzw. Kraftimpulsen pro Umdrehung ausgesetzt. Es versteht sich weiter, daß zwei ausgewählte, benachbarte Servokolben je nach Erfordernis entweder ein- oder zweimal pro Umdrehung mit Druck beaufschlagt werden können. Wenn man davon ausgeht, daß der Nord- und der Ostkolben das Bohrloch beaufschlagen, so wird in diesem Fall Kraft in einer südwestlichen Richtv^ng = auf den Boßrmeißel ausgeübt. Andererseits, wenn keinerlei

seitlicher Druck auf den Bohrmeißel gewünscht wird/ können sich sämtliche Ventile V5 bis V8 in der mittigen Stellung befinden und die Stabilisatoren S1 und S2 das Steuerwerkzeug zum Geradeausbohren einfach stabilisieren

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß die vorliegende Erfindung ein Steuerwerkzeug vorsieht, das beim Bohren von Richtungsbohrlöchern mittels der Drehbohrmethode zweckdienlich ist, wobei der Winkel und die Richtung verändert werden können, indem das vorher eingestellte Stell werkzeug einfach in das Bohrloch eingefahren wird, bis es in dem Steuerwerkzeug aufsetzt, wobei die Steuerventile V5 bis V8 nach Wunsch ge"öffnet oder geschlossen werden können, um die gewünschte Arbeitsweise herzustellen. Das Werkzeug kann jedoch auch von Hand am Eingang des Bohjr loches eingestellt werden, um die gewünschte Bohrweise herzustellen.

HiT

Leerseite

Claims

1. Steuerwerkzeiug zum Steuern des Winkels und der Richtung eines Drehbohrstrangs beim Bohren eines Bohrloches durch eine Bodenformation, dadurch gekennzeichnet, daß es ein langgestrecktes Gehäuse (11) mit einem an den Bohrstrang (P) ansehließbaren·oberen Ende und einem in der Nähe des Bohrmeißels (B) an den Bohrstrang ansehließbaren unteren Ende sowie einer sich durch das Gehäuse hindurcherstreckenden Bohrung für den Durchfluß von Spülmedium durch den Bohrstrang und den Bohrmeißel umfaßt,in der Nähe des oberen Endes des Gehäuses eine Steuerkolbeneinrichtung (MP) mit einem radial verschiebbaren Kolben (z.B. P 1), der durch einen Eingriff der Steuerkolbeneinrichtung mit der unteren Seite der Bohrlochwandung einwärts verschiebbar ist, und in der Nähe des unteren Endes des Gehäuses eine Servokolbeneinrichtung (SP) mit einer Mehrzahl von in Umfanr,srichtung im Abstand zueinander angeordneten, in radialer Richtung verschiebbaren Kolben (P5,P6,P7,P8) zum Aufbringen von seitlichem Druck auf das untere Ende des Gehäuses bei radialer Auswärtsbewegurig vorgesehen sind, das Gehäuse

zwischen der Steuerkolbeneinrichtung und der Servokolbeneinrichtung eine Ventilkammer (z.B. VC1) aufweist; Mediumkanäle im Gehäuse eine Verbindung zwischen der Ventilkammer und der Steuerkolbeneinrichtung und zwischen der Ventilkammer und der Servokolbeneinrichtung bilden, und mittels einer Wählventileinrichtung (V) eine Strömung druckverbindung durch die Ventilkammer und gewählte Kanäle für eine radiale Auswärtsbewegung eines ausgewählten Servokolbens bei radialer Einwärtsbewegung des Steuerkolbens einstellbar ist.

2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wählventileinrichtung (V) ein Ventil (V5,V6,V7, V8) für jeden Servokolben (P5,P6,P7,P8) und Betätigungsorgane (AA,AB,AC,AD) zum wahlweisen öffnen und Schließen eines jeden Ventils und Herstellen einer wahlweisen Verbindung der Ventilkammer (VC1) mit den Servokolbeneinrichtungen umfaßt.

Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkolbeneinrichtung (MP) und die

(SP)
Servokolbeneinrichtung/jeweils von einem Stabilisator (S1,S2) für einen Eingriff mit der Bohrlochwandung umgeben sind.

4. Werkzeug nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsorgane (AA,AB,AC,AD) bei im

Bohrloch befindlichem Werkzeug fernbetätigbar sind.

5. Werkzeug nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsorgane (AA,AB,AC,AD) mittels eines Drahtseilwerkzeugs bei dessen Absenken in die im Gehäuse (11) vorhandene Bohrung zum öffnen oder Schließen ausgewählter Ventile (V5,V6,V7,V8) bei im Bohrloch befindlichem Werkzeug betätigbar sind.

6. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Ventil (V5,V6,V7,V8) der Wählventileinrichtung (V) eine mit öffnungen (81,82) versehene stationäre Ventilhülse (80) und eine zu letzterer in Längsrichtung in entgegengesetzten Richtungen bewegbare, mit Öffnungen (84,85) versehene Ventilhülse (83) zum Herstellen und Unterbrechen einer Verbindung zwischen der Ventilkammer (VC1;VC2) und der Servokolbeneinrichtung (SP) umfaßt.

7. Werkzeug nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsorgane (AA,AB,AC,AD) eine Zahn-stange (90a) und ein im Gehäuse (11) drehbares und mit der Zahnstange in Eingriff stehendes Ritzel (95a) aufweisen jdas zum-Eingriff mit einem Antriebswerkzeug

einen nach außen freiliegenden Schaft (99) aufweist.

8. Werkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (99) des Ritzels (95a) in der Bohrung des Gehäuses (11) für einen Eingriff mit dem Antriebswerkzeug freiliegt.

9. Werkzeug nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (99) des Ritzels (95a) von einem Antriebsorgan eines Drahtseilstellwerkzeugs (M) bei dessen' " Absenken in die Bohrung des Gehäuses (11) drehbar ist.

10. Werkzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellwerkzeug (M) ein in die Bohrung des Gehäuses (11) einsetzbares langgestrecktes Gehäuse (151) und einen bei eingesetztem Gehäuse in diesem in Längsrichtung bewegbaren Dorn umfaßt, das Antriebsorgan von einem radial verlagerbaren und in dem Gehäuse drehbaren Stellritzel (PA,PB,PC,PD) gebildet ist, das Stellritzel

radial durch eine Nockeneinrichtung/für einen Eingriff mit dem Schaft (99) des Ventilbetätigungsritzels (AA,AB,AC,AD) bei einer Längsbewegung des Dorns im Gehäuse verlagerbar ist, einander gegenüberliegende, mit dem Stellritzel in Eingriff stehende und im Gehäuse entgegengesetzt zueinander in Längsrichtung bewegbare Zahnstangen vorgesehe: sind und mittels einer Wähleinrichtung des Dorns eine der einander gegenüberliegenden Zahnstangen bei sich im Gehäuse bewegendem Dorn zum Drehen des Stellritzels in eine gewählte Richtung verlagerbar ist.

β U λ O

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11. Werkzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilbetätigungsritzel (AA,AB,AC,AD) und die Stellritzel (PA,PB,PC,PD) entsprechend in Längsrichtung und winklig im Abstand zueinander in den Gehäusen(11,151) der Steuerwerkzeugs (T) und d s Stellwerkzeugs (M) für ein Fluchten bei in das Gehäuse (11) eingesetztem Stellwerkzeug mittels an diesen vorgesehener zusammenwirkender Ausrichteinrichtungen angeordnet sind.

12. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 1T_f dadurch gekennzeichnet, daß in der Steuerkolbeneinrichtung (MP) zumindest zwei im, diametralem Abstand zueinander angeordnete Kolbenkammern (1,2) mit abwechselnd einwärts radial verlagerbaren Kolben (P1,P2)<, und in der Servokolbeneinrichtung (SP) ihrerseits zumindest zwei im diametralen Abstand zueinander angeordnete Kolbenkammern (5,6,7,8) mit in radialer Richtung verlagerbaren Kolben (P5,P6,P7,P8) zum Aufbringen von seitlichem Druck auf das untere Ende des Gehäuses bei radialer Auswärtsbewegung

und
vorgesehen sind,/zwischen der Steuerkolbeneinrichtung und der Servokolbeneinrichtung zwei Ventilkammern (VC1,VC2) angeordnet sind, die je einen Mediumkanal (43a,43b) zu den Steuerkolbenkammern (1,2) und Mediumkanäle (43a,43b,

den
43c,43d) zu/Servokolbenkammern besitzen, die wahlweise zum Öffnen und Schließen mittels der Ventilbetätigungsorgane (AA,AB,AC,AD) betätigbar sind.

13. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilkammer oder -kammern (VC1,VC2) als Druckraum ausgebildet ist bzw. sind.